ALBERT

Description: Highlights • Development of an autonomous DIC analyzer based on Conductometric technique using a cell with 4 hollow brass electrodes. • CO2 extraction from seawater using a gas diffusion cell with a “Tube In A Tube” configuration and a gas permeable membrane. • Formulation of mathematical temperature and salinity correction to determine accurate DIC concentration. • Demonstration of the analyzer performance in the southwest Baltic Sea. Abstract Background The increase in anthropogenic CO2 concentrations in the Earth's atmosphere since the industrial revolution has resulted in an increased uptake of CO2 by the oceans, leading to ocean acidification. Dissolved Inorganic Carbon (DIC) is one of the key variables to characterize the seawater carbonate system. High quality DIC observations at a high spatial-temporal resolution is required to improve our understanding of the marine carbonate system. To meet the requirements, autonomous DIC analyzers are needed which offer a high sampling frequency, are cost-effective and have a low reagent and power consumption. Results We present the development and validation of a novel analyzer for autonomous measurements of DIC in seawater using conductometric detection. The analyzer employs a gas diffusion sequential injection approach in a “Tube In A Tube” configuration that facilitates diffusion of gaseous CO2 from an acidified sample through a gas permeable membrane into a stream of an alkaline solution. The change in conductivity in the alkaline medium is proportional to the DIC concentration of the sample and is measured using a detection cell constructed of 4 hollow brass electrodes. Physical and chemical optimizations of the analyzer yielded a sampling frequency of 4 samples h−1 using sub mL reagent volumes for each measurement. Temperature and salinity effects on DIC measurements were mathematically corrected to increase accuracy. Analytical precision of ±4.9 μmol kg−1 and ±9.7 μmol kg−1 were achieved from measurements of a DIC reference material in the laboratory and during a field deployment in the southwest Baltic Sea, respectively. Significance This study describes a simple, cost-effective, autonomous, on-site benchtop DIC analyzer capable of measuring DIC in seawater at a high temporal resolution as a step towards an underwater DIC sensor. The analyzer is able to measure a wide range of DIC concentrations in both fresh and marine waters. The achieved accuracy and precision offer an excellent opportunity to employ the analyzer for ocean acidification studies and CO2 leakage detection in the context of Carbon Capture and Storage operations.

Description: Geochemical study of volcaniclastic material and radiocarbon dating of charred plant debris from Holocene deposits of the Guram site, which is located in vicinity of Vetrovoi Isthmus on Iturup Island, demonstrate that an explosive eruption (VEI 4-5) occurred there about 2000 years ago. The geochemical and age similarity with the tephra of marker layer CKr that was distinguished on Iturup, Urup, Simushir, Rasshua, and Matua islands of the Kuril Island Arc led to the conclusion that this eruption is possibly a source of this tephra. The data presented are proposed as a motivation for revision of the volcanic hazard on Iturup Island.

Description: The genome sequence of the moderately halophilic Lamprobacter modestohalophilus ShNLb02 was compared to those of other Lamprobacter and Halochromatium species. It revealed an average nucleotide identity of 94% to Lpb. modestohalophilus DSM 25653 and of 89.7% to Halochromatium roseum DSM 18859, underscoring their close phylogenetic relationship.

Description: Der Biodiversitätsverlust schreitet in bedrohlichem Ausmaß voran. Mit dem Global Biodiversity Framework und voraussichtlich dem Nature Restoration Law bestehen nun auf internationaler und europäischer Ebene vielversprechende Ansätze, ihm Herr zu werden. Jetzt ist der Bundesgesetzgeber – nicht zuletzt aus verfassungsrechtlichen Erwägungen – aufgerufen, daran anzuknüpfen. Dazu bietet sich die Regelungsform eines Rahmen- und Politikplanungsgesetzes an, wie sie schon aus dem Klimaschutzgesetz und dem Klimaanpassungsgesetz bekannt ist. Der Aufsatz beleuchtet den internationalen, europa- und verfassungsrechtlichen Hintergrund eines solchen ‘Biodiversitätsschutzgesetzes’ und diskutiert – unter Zusammenarbeit sowohl rechts- als auch naturwissenschaftlicher Autor:innen – formale und materielle Ausgestaltungsmöglichkeiten.

Description: A natural plankton community from oligotrophic subtropical waters of the Atlantic near Gran Canaria, Spain, was subjected to varying degrees of ocean alkalinity enhancement (OAE) to assess the potential physiological effects, in the context of the application of ocean carbon dioxide removal (CDR) techniques. We employed 8.3 m3 mesocosms with a sediment trap attached to the bottom, creating a gradient in total alkalinity (TA). The lowest point on this gradient was 2400 μmol · L-1, which corresponded to the natural alkalinity of the environment, and the highest point was 4800 μmol · L-1. Over the course of the 33-day experiment, the plankton community exhibited two distinct phases. In phase-I (days 5–20), a notable decline in the photosynthetic efficiency (Fv/Fm) was observed. This change was accompanied by substantial reductions in the abundances of picoeukaryotes, small size nanoeukaryotes (nanoeukaryotes-1), and microplankton. The cell viability of picoeukaryotes, as indicated by fluorescein-di-acetate hydrolysis by cellular esterases (FDA- green fluorescence), slightly increased by the end of phase-I whilst the viability of nanoeukaryotes 1 and Synechococcus spp . did not change. Reactive oxygen species levels (ROS-green fluorescence) showed no significant changes for any of the functional groups. In contrast, in phase-II (days 21–33), a pronounced community response was observed. Increases in Fv/Fm in the intermediate OAE treatments of ∆900 to ∆1800 μmol · L-1 and in chlorophyll-a (Chl-a), chlorophyll-c2 (Chl-c2) , fucoxanthin and divinyl-Chl-a were attributed to the emergence of blooms of large size nanoeukaryotes (nanoeukaryotes-2) from the genera Chrysochromulina, as well as picoeukaryotes. Synechococcus spp. also flourished towards the end of this phase. In parallel, we observed a total 20 % significant change in the metaproteome of the phytoplankton community. This is considered a significant alteration in protein expression, having substantial impacts on cellular functions and the physiology of the organisms. Medium levels of ∆TA showed more upregulated and less downregulated proteins than higher ∆TA treatments. Under these conditions, cell viability significantly increased in pico and nanoeukaryotes-1 in intermediate alkalinity levels, while in Synechococcus spp., nanoeukaryotes-2 and microplankton remained stable. ROS levels did not significantly change in any functional group. The pigment ratios DD+DT : FUCO, and DD+DT : Chl-a increased in medium ∆TA treatments, supporting the idea of nutrient deficiency alleviation and the absence of physiological stress. Taken all data together, this study shows that there is minimal evidence indicating a harmful impact of high alkalinity on the plankton community. The OAE treatments did not result in physiological fitness impairment, thus OAE did not cause cellular stress in the phytoplankton community studied.

Description: In the northeastern tropical Atlantic, a region of high potential vorticity (PV) determines the size of the exchange window for the interior thermocline flow of the subtropical cell via its variations in strength and extent. Variability of this PV barrier has the potential to impact the ventilation of the tropical Atlantic on decadal timescales. Here, the impact of the North Atlantic Oscillation (NAO) on the PV barrier related to isopycnals within the thermocline of the subtropical-tropical Atlantic Ocean is assessed from Argo observations for the time period of 2006-2022. Relative to the negative NAO phase (2009-2010), during the positive NAO phase (2014-2019), the North Atlantic subtropical high and the northeast trades are intensified. Satellite-derived wind stress curl shows increased upwelling/downwelling on the equatorward/poleward side of the trade wind zone, respectively. In the subtropical-tropical Atlantic, a symmetric pattern of isopycnal heave is observed: rising isopycnals within 20 degrees N and 20 degrees S and sinking poleward of that. With rising isopycnals, the PV barrier in the northeastern tropical Atlantic becomes stronger. Analyses of geostrophic velocities and the Sverdrup streamfunction show that during the positive NAO phase there are increased equatorward velocities at thermocline level along the western boundary and reduced velocities through the interior as a result of intensified northeast trades and therefore a strengthened PV barrier. Intensified trades lead to enhanced subduction of thermocline waters and, independent of that, to a strengthened Equatorial Undercurrent transport as observed at the mooring site at 0 degrees, 23 degrees W, likely via the pulling effect of the subtropical cells. In the North Atlantic Ocean, subducted water from the subtropics has two possible pathways within the thermocline toward the equatorial region: the interior pathway and the pathway along the western boundary. The size of the exchange window between subtropics and tropics depends on the extent of a barrier zone in the eastern part of the basin that is associated with wind-driven upwelling of density surfaces. The North Atlantic Oscillation (NAO) is the dominant atmospheric climate mode in the North Atlantic and in this study, we show how the NAO impacts the barrier for the equatorward thermocline flow in the tropical Atlantic Ocean. During positive NAO phases (e.g., 2014-2019), density surfaces become shallower and strengthen the barrier, while during negative NAO phases (e.g., 2009-2010) the barrier weakens. Geostrophic velocity analysis reveals that during positive NAO phases more thermocline water is transported equatorward via the western boundary and less via the interior pathway. Additionally, observations from a mooring site at 0 degrees, 23 degrees W show stronger Equatorial Undercurrent transport as a result of intensified trade winds during positive NAO phases. Trade winds in the northeastern tropical Atlantic strengthen during positive phases of the North Atlantic Oscillation (NAO+) Potential vorticity barrier for the interior equatorward thermocline flow of the North Atlantic Subtropical Cell strengthens during NAO+ Annual subduction of thermocline water and Equatorial Undercurrent transport increase simultaneously from 2008 to 2018

Description: Technologien für CO₂-Abscheidung und -Speicherung machen Hoffnung, werden aber gleichzeitig als Rechtfertigung für die geringe Reduktion von Emissionen aus fossilen Energiequellen genutzt. Das ist nicht vereinbar mit dem Ziel, die Erderwärmung auf 1,5 oder 2 °C zu begrenzen.

Description: In vielen naturwissenschaftlich-technischen Disziplinen zeigt es sich immer wieder, daß es sehr lohnend sein kann, eine schon als abgeschlossen betrachtete Fragestellung mit neuen methodischen Ansätzen wieder aufzunehmen. So bemerkt man in den technischen Anwendungen eine regelrechte Renaissance der Variationsrechnung, da die damit durchgeführten Computersimulationen helfen, einen Teil der Entwicklungskosten für z.B. Automodelle im Maßstab 1:1 einzusparen. Die topographischen Reduktionsrechnungen, welche als geradezu klassisches Gebiet der Gravimetrie gelten, werden in dieser Arbeit analog dem oben angeführten Gesichtspunkt erneut diskutiert. Dabei werden in den einleitenden Betrachtungen diejenigen Verfahren in einem sehr kurzen historischen Abriß vorgestellt, die sich durch ihre Anwendungsbreite und ausreichende Genauigkeit auszeichnen. Der entscheidende Gesichtspunkt für die erneute Entwicklung von Reduktionsverfahren sind die gerade jetzt im Entstehen begriffenen Höhendatenbanken. Die dort in geeigneter Weise abgespeicherten Daten ersparen dem Gravimetriker in Zukunft die enorm zeitaufwendige Kartendigitalisierung. Ausführlich werden in der Arbeit die beiden neuesten Rechenschemata das • Sideris-Verfahren , das die schnelle Fourier-Transformation (FFT) benutzt, und • eine Methode, die auf der Basis einer Polyeder-Approximation des Geländes arbeitet, erläutert und an synthetischen Beispielen getestet. Eine kritische Gewichtung der Arbeitsresultate hinsichtlich der Verwendung dieser Verfahren und ihrer Weiterentwicklung ergibt folgendes Bild: • Die Verwendung der FFT nach Sider is liefert zwar ein überragend schnelles Verfahren, ist aber durch seine physikalische Äquivalenz zur Massenlinienmethode für die angewandte Gravimetrie zu ungenau. • Die Polyeder -Methode ist von einer exakten Darstellung des Geländes (zumindest in unmittelbarer Stationsumgebung) abhängig und erleidet bei der Anwendung auf Datensätze mit mittleren Höhen einen Genauigkeitsverlust. Die zukünftig verfügbaren Datenbanken, die so oder ähnlich wie das mit TIN bezeichnete Abspeicherungsschema auf gebaut sind, werden für die Polyeder -Methode in idealer Weise verwendbar sein. Denn diese Höhendatenbanken verwenden nicht nur exakte Punkthöhen zur Geländebeschreibung, auch die sehr rechen zeitaufwendige Dreiecksbildung würde damit entfallen. Bis zur Verfügbarkeit solcher Datenbanken kann man aber mit dem in der Arbeit als "kombiniertes System" vorgestellten Kompromiß arbeiten: Die Schnelligkeit der FFT-Methode wird für den Stationsfernbereich ausgenutzt und die Genauigkeit der Polyeder -Methode in der Stationsnähe. Mit diesem Verfahren lassen sich Fehler von weniger als einem Milligal mit durchaus vertretbarem Aufwand erzielen. In den Anwendungen der entwickelten Methoden auf reale Gegebenheiten werden im Falle des Westharzes die oben genannten Eigenschaften bestätigt. Dabei kann man als Ergebnis der Simulation eines TIN -Höhenmodells davon ausgehen, daß die Polyeder -Methode ohne Kompromisse auch auf sehr große Datensätze anwendbar ist, wenn die Dreiecksbildung entfällt. Das Beispiel aus Zimbabwe zeigt, daß man sich mit modernen digitalen Methoden solch ein TIN-Höhenmodell selbst erstellen kann (Digitalisiertablett und angeschlossener PC). Die dann im weiteren diskutierten, modellgebundenen Anwendungen der topographischen Massenreduktionen wurden in erster Linie durch die einfache morphologische Situation des Gebietes provoziert.

Description: In most natural sciences and technology it is sometimes profitable to tackle an old problem which seems to be solved once more with new powerful tools. In finite element computer simulations one can find optimization methods which are based on a very old mathematical discipline called variational calculus. These methods can be used in the automobile industry for instance, for reducing the costs in motor car development. Analogously, in this work, the classical subject of topographic reduction calculations has been tackled with modern algorithmic techniques. Firstly a brief historical overview gives insight into topographical algorithms which are precise enough in calculating and flexible to use. Some remarks about data bases of topographic heights serve as an introduction into geographical information systems. Such systems may be of great help in future topographical work, as they eliminate the time consuming digitalization of topographic maps by hand. The topographical reduction method of Sideris using the fast fourier transform algorithm and a new developed reduction scheme based on an exact polyhedron algorithm and a triangulization of the topography are discussed in detail and tested. The calculations of synthetic topographic models gave varied results: • The method of Sideris works with an enormous speed but as it is physically equivalent to the massline method it is not precise enough for applied gravimetry. • The algorithm using polyhedral bodies needs exact topographical point heights especially in the near surroundings of the gravimetrical station. In future there will be a data base of topographical heights stored in a triangular fashion (triangulated irregular network) called a TIN data base. With TIN the topographical reduction method using the polyhedron formula will be fast enough to handle even big topographical models. As such data bases are not available at present one can use a method developed in this work which combines the positive attributes of both algorithms: The heights far away from the station are calculated with FFT while those in the immediate surroundings with the algorithm using the polyhedron formula. This combined system gives results which are better than 1 mGal and take a considerable short CPU-time. All algorithms are tested with real topographical models of the Harz mountains of West Germany and the Zambezi escarpment of Zimbabwe.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur Gezeitenforschung im allgemeinen, und zur Überprüfung von Meeresgezeitenmodellen in Südskandinavien im speziellen dar. Die relativ gut bekannten Krusten- Mantelstrukturen im Bereich Dänemarks ermöglichen die Interpretation von beobachteten ozeanischen Auflasteffekten, hinsichtlich der Beurteilung verschiedener Meeresgezeitenmodelle. Mit zwei ASKANIA Gravimetern und einem LaCoste & Romberg Erdgezeitengravimeter wurden Gezeitenregistrierungen an sieben verschiedenen Orten in Dänemark durchgeführt. Der Auflasteffekt für die Hauptpartialtide M2 liegt zwischen 0.75 μgal und 1.40 μgal, sowie 52° und 87°, wobei die größten Amplituden in Südwest - Jütland beobachtet wurden. Der Effekt klingt nach Norden und Osten, mit zunehmender Entfernung von der Deutschen Bucht ab. Neben der Gezeitenanalyse wurden die Registrierungen auf nicht lineare Einflüsse des Wattgebietes und auf Effekte von windfeld verursachten Auflasten untersucht. In den küstennahen Stationen Varde und Møgeltdnder lassen sind keine signifikanten "höheren Harmonischen" der Hauptgezeitenwellen nachweisen. Allerdings kann der spektrale Nachweis eines periodischen Signals (3 Stunden, 15 Minuten) in der Registrierung aus Møgeltdnder erbracht werden. Für drei Sturmfluten mit extremen Wasserständen wurden die Einflüsse auf die Gravimeterregistrierungen untersucht. Mit der Einschränkung, daß die Gerätedrift nicht genau genug bekannt ist, lassen sich größere Driftgradienten ca. einen Tag vor und einen Tag nach den maximalen Wasserständen feststellen. Die theoretischen Auflasteffekte wurden nach dem Algorithmus von FARRELL (1972) berechnet. Vor den Modellrechnungen wurde untersucht, in welchem Maße die Ergebnisse von der Wahl des Erdmodells und der Modellierung der regionalen und lokalen Geologie abhängen. Der Einfluß des Erdmodells ebenso wie der Krusten- Mantelstruktur auf den theoretischen Auflasteffekt ist mit ca. 5 % äußerst gering. Für die Überprüfung der Meeresgezeitenmodelle wurden theoretische Auflasteffekte mit den Modellen von Schwiderski, Mathisen, Flather und des Deutschen Hydrographischen Instituts (DHI) berechnet und mit den beobachteten Auflasteffekten verglichen. Es zeigt sich, daß bei der Verknüpfung, Modifikation und Erweiterung von Meeresgezeitenmodellen die Konservierung der modellierten Wassermasse eine wesentliche Rolle spielt. Der regionalen Fragestellung entsprechend wurde die Massenkonservierung der adaptierten Meeresgezeitenmodelle als Normierung auf Schwiderski’s Modell der Nordsee realisiert. Dies bewirkt eine deutlich bessere Übereinstimmung von modelliertem und beobachtetem Auflasteffekt. Die Modellrechnungen bestätigen vor allem das vom DHI verwendete Meeresgezeitenmodell für die Deutsche Bucht. Eine Modellerweiterung für den Skagerrak, Kattegat, Beltsee und südliche Ostsee, sowie eine Verfeinerung der Gridstruktur an der Nordseeküste erhöhen zusätzlich die Korrelation von theoretischem und beobachtetem Auflasteffekt. Dieses Meeresgezeitenmodell ist in Kapitel 6.4.6 beschrieben und im Anhang (Kapitel 13.6) in dem von Schwiderski verwendeten Format wiedergegeben und kann für Auflastberechnungen in Südskandinavien, auch hinsichtlich der Korrektur geodätischer Messungen, herangezogen werden. Bei der Interpretation der Ergebnisse wurde versucht, Hinweise über die Richtung möglicher Verbesserungen der Meeresgezeitenmodelle der Deutschen Bucht und der östlichen Nordsee heraus zuarbeiten. Hierbei ist einerseits die Methode zur Ausgleichung von Restvektordifferenzen zwischen den Stationen eingesetzt worden, andererseits wurden ca. 150 Modellrechnungen mit schrittweise modifizierten Amplituden und Phasen der Meeresgezeitenmodelle für die genannten Meeresgebiete gerechnet. Die Ausgleichung führt bei unveränderten Phasen der Modelle zu einer Vergrößerung der Amplituden in der Deutschen Bucht und einer Amplitudenverminderung in der östlichen Nordsee. Die Summe der Restvektordifferenzen zwischen den Stationen wird dabei von 0.5 pgal auf 0.2 pgal reduziert. Die systematische Variation der Amplituden und Phasen der Meeresgezeitenmodelle der Deutschen Bucht, der östlichen Nordsee und des Nordsee Küstenbereichs ergibt eine Verringerung der mittleren Restvektoramplitude von 0.22 μgal auf 0.15 μgal bei größeren Phasen der Modelle (Östliche Nordsee und Schelfgebiet +20°, Deutsche Bucht +10°) und einer Verringerung der Modellamplituden (östliche Nordsee -5 cm, Schelf -20 cm und Deutsche Bucht -10 cm). Diese Resultate können als Randbedingungen für ozeanographische Überlegungen zur Verbesserung der Meeresgezeitenmodelle genutzt werden.

Description: This work is a contribution to general tidal research and specially to the investigation of ocean tide models in the area of South Scandinavia. The relatively well known crust - mantel structures in the region of Denmark enable the interpretation of observed ocean load effects with regard to view of different ocean tide models. Earth tide measurements were carried out with two ASKANIA gravimeters and one LaCoste & Romberg Earth tide gravimeter at seven different stations in Denmark. The load effect of the main tidal wave M2 is between 0.75 μgal and 1.40 μgal, with 52° to 87° phase; highest amplitudes were observed in Southwest Jutland. The effect is decreasing to north and east with larger distance to the German Bight. In addition to the Earth tide analysis, the recordings were investigated with regard to non-linear influences, due to tidal water level changes in the coastal area, and to loading effects during storms and windfields. For the coastal stations Varde and M0gelt0nder no significant higher harmonicals of the main tidal waves were found. But the spectral investigation of the record at M0gelt0nder shows a periodical signal of 3 hours and 15 minutes. The theoretical load effect was calculated according to the method of FARRELL (1972). Before the model calculations, the influence of the chosen earthmodel and the modelled regional and local geology was investigated. The effect due to changes in the earthmodel or to the structure of the crust to the theoretical load effect is very small with about 5 %. For reviewing the ocean tide models, the theoretical load effects of the models from Schwiderski, Mathisen, Flather and the German Hydrographical Institute (DHI) were calculated and compared with the observed load effects. It was shown that for the adaption, modification and extension of ocean tide models, the conservation of water, moved by tides, playes a decisive role. Corresponding to the regional question the massconservation of the adapted ocean tide models were realized as normalisation to Schwiderski’s model for the North Sea. This produces an increased agreement of the theoretical and the observed load effect. The model calculations confirm especially the ocean tide model of the DHI. The extension of the model for the Skagerrak, Kattegat, Belt Sea and South Baltic Sea and the refined gridstructure of the North Sea coast leads to further improvement of correlation between theoretical and observed load effects. This model is described in chapter 6.4.6 and reproduced in the appendix (chapter 13.6) in the format applied by Schwiderski. The ocean tide model can be used for load calculations in South Scandinavia and for correction of geodetical precise measuremants. The interpretation of the results was carried out in order to find out the requirements of possible improvements for the ocean tide model (M2) of the German Bight and the East North Sea. On the one side the method for the adjustment of the rest vectors between the stations was used, on the other side 150 model calculations were carried out by varying the amplitudes and phases of the ocean tide models for the mentioned sea areas. The adjustement leads with constant model phases to increased amplitudes in the German Bight and decreased amplitudes in the East North Sea. The sum of the restvector differences between the stations was reduced from 0.5 μgal to 0.2 μgal. But the systematical variation of the amplitudes and phases for the ocean tide models of the German Bight, the East North Sea and the coastal area at the North Sea leads to a reduced mean restvector amplitude from 0.22 pgal to 0.15 pgal with increased model phases (East North Sea and Shelf Area +20°, German Bight +10°) and decreased amplitudes (East North Sea -5 cm, Shelf Area -20 cm and German Bight -10 cm). These results can be used as boundary conditions of oceanographical considerations for the improvement of ocean tide models.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen